CN108195433B - 走球流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种走球流量计，包括依次连接为一体结构的输入管道、待测管道、输出管道，设置于待测管道内的引导机构，在引导机构内滚动的小球，用于测量小球速度的第一光电门以及第二光电门，所述待测管道呈环状，所述输入管道和输出管道分别与所述待测管道的一端连接。本发明光电门测量的是小球的速度，不受介质温度、压力、密度的影响；由于采用环形结构设计，在管道方向上占用的长度短；不受前后直管道的限制；由于没有对重力、浮力的依赖，水平放置即可，没有垂直连接的限制，安装便捷度提高；光电门的信号为脉冲信号，现对于其他信号的效益是提高了测量的可靠性和准确性；相对于其他速度式流量计，压力损失较小。
Description
技术领域
本发明涉及流量测量技术领域，特别是涉及一种走球流量计。
背景技术
流量是流过介质的量与该量流过的导管截面所需时间之比。
流量计量广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究对外贸易以及人民生活各个领域之中。随着工业的发展，对流量测量的准确度和范围要求越来越高，为了适应多种用途，各种类型的流量计相继问世，常用的流量计有容积式流量计、浮子流量计、涡轮流量计等。这些流量计按原理可以分为速度式、容积式、差压式、质量式。其中速度式流量计广泛应用于工业测量。
每种流量计都是根据不同的物理原理制作而成的，这些不同的物理原理导致流量计拥有各自的特性、适用范围，并且影响精确度、重复率。目前应用于流量计的物理原理仅有较少的数量。意味着还有其他大量的物理原理有机会能应用于流量计，并且能一定程度上给流量计的性能带来优化。
发明内容
为了满足使用需求，本发明提供了一种走球流量计。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种走球流量计，包括依次连接为一体结构的输入管道、待测管道、输出管道，设置于待测管道内的引导机构，在引导机构内滚动的小球，用于测量小球速度的第一光电门以及第二光电门，所述待测管道呈环状，所述输入管道和输出管道分别与所述待测管道的一端连接，所述输入管道和输出管道具有输入管道和输出管道重叠部分，两者连通，且连通处设置有用于小球通过的可控门。
其中，在输入管道和输出管道重叠部分输出管道在上、输入管道在下。
其中，所述第一光电门和第二光电门固定在待测管道本体两侧，且光信号通过管道的中心线。
其中，所述引导机构包括三条导轨，所述三条导轨均匀分布在一个圆周上，相邻导轨之间夹角均为120度，所述导轨通过支撑杆与待测管道刚性连接，用来将导轨固定。
其中，相邻导轨间的直线距离小于小球的直径，因而小球会被限制在导轨内运动，三条导轨圆心所在圆周的直径大于小球直径。
其中，所述待测管道中的导轨环绕在管道中心线四周，与中心线构成同心圆。
其中，所述待测管道与输入管道、输出管道的连接处为小球回流区，在此区域内，输出管道下侧开有小孔，输入管道上侧开有小孔，两小孔在竖直方向上完全重合，且小孔直径大于小球直径。
其中，在所述小球回流区的两管道重合处，留有2mm间隙，安装有可控门。
其中，所述小球回流区的导轨脱离中心线，经过一段在竖直平面的圆弧导轨段，形成竖直方向的导轨段，且此导轨段通向上述的小孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，本发明光电门测量的是小球的速度，不受介质温度、压力、密度的影响；由于采用环形结构设计，在管道方向上占用的长度短；不受前后直管道的限制；由于没有对重力、浮力的依赖，水平放置即可，没有垂直连接的限制，安装便捷度提高；光电门的信号为脉冲信号，现对于其他信号的效益是提高了测量的可靠性和准确性；相对于其他速度式流量计，压力损失较小。
附图说明
图1所示为本申请的结构示意图；
图2所示为本申请的输入管道与输出管道重叠结构示意图；
图3所示为本申请的引导管道的结构示意图；
图中，1-输入管道，2-输出管道，3-输入管道和输出管道重叠部分，4-待测管道，41-小球，42-支撑杆，43-导轨圆心所在圆周，44-导轨，5-第一光电门， 6-第二光电门，7-引导机构，9-输入管道运行轨迹，10-输出管道运行轨迹，11- 可控门。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1所示，本申请实施例提供的走球流量计，在使用的时候，介质由输入管道1流入，经过待测管道4逆时针流动，之后由输出管道2流出。介质充满整个管道，包括引导机构7，小球41位于管道中央的引导机构7中，沿导轨 44逆时针运动。
导轨44不会将内外介质分隔，而是起到一个引导小球41运动的作用。
本实施例提供的走球流量计为***式流量计，输入管道1和输出管道2的中心线在同一直线上，便于和介质管道的连接。同时，除去输入管道和输出管道重叠部分3外，其他管段的中心线同处于水平面上，用于消除重力的影响。
待测管道4除去在输入管道和输出管道重叠部分3的管段，其他部分为标准圆弧，因而可以根据角度精确计算两个光电门，第一光电门5、第二光电门6 之间的距离。
第一光电门5摆放的位置距输入管道和输出管道重叠部分留有裕量，用于小球的加速，裕量的大小通过计算可以求得。
引导机构7整体是一个回路，在可控门11处有一处较短的断点。引导机构7在待测管道4中沿中心线铺设，其中在靠近可控门11处呈一定弧度逐渐偏离中心线向可控门11靠近。
如图2所示，输入管道1和输出管道2有一段重叠的管段，这部分管段中心线位于同一竖直平面内，设置重叠管道是为了让输入管道1与输出管道2之间有一个通路，若没有设置重叠管段，小球将一直沿导轨运动下去，直至流出测量管道，这样测量的数据只有一次；而设置了重叠管段后，小球运动到重叠管段的时候，通过可控门11后，进入到输入管道1，进而周而复始地测量。
可控门11在小球运动到可控门11处附近时打开，使小球能够穿越两导轨重叠区，重新回到起始点。待小球通过后，可控门7关闭，防止输入管道1和输出管道2中的介质互相干扰。
小球41运动的轨迹近似为一个圆形，小球周而复始地在这个近似圆上运动，每运动一周便能读出一个测量数。
下面简述测量过程：假设小球41从可控门7下方出发，该位置为起始点，小球41经过一段距离的加速后，速度达到恒定，之后经过第一光电门5，第一光电门5采集到信号，从采集到该信号开始计时，一段时间后小球41经过第二光电门6，第二光电门6采集到信号，采集到该信号计时结束，之后小球41到了输出管道2中的可控门11处，上述过程中可控门11一直处于关闭状态，当小球41接近可控门11上方时，可控门11开通，小球41便穿越到输入管道1 中。待小球穿越后，可控门11关断，小球41处于输入管道1中，这时又恢复到了起始点的状态。这即是一个运动周期，循环往复这个过程。
上述过程测得的是小球41运动时间，已知距离，可以求得小球速度，为求流速还需要求得粘度修正系数K1，和速度修正系数k2，小球速度与修正系数K (k1*k2)的乘积即为介质流速，再乘以管道截面积即可求得介质流速。
粘度修正系数与速度修正系数可以通过大量的实验数据确定，具体实施方法为将标准流量计与待测的走球流量计串联，改变介质的粘度系数或是流速，读出标准流量计示数与走球流量计示数。在取得大量数据后即可得出一系列的不同情况下的修正系数，将其作为已知系数。使用走球流量计时，根据测量的实际情况选择修正系数即可。
如图3所示，从待测管道的横截面来看，三条导轨均匀分布在一个圆周上，导轨与导轨之间夹角均为120度。支撑杆与导轨、管道刚性连接，用来将导轨固定。支撑杆的个数无需过多，每隔适当的距离设置一组。导轨的直径较小，因而不影响介质流动，而导轨间的直线距离小于小球的直径，因而小球会被限制在导轨内运动。导轨圆心所在圆周43直径要足够大于小球直径，给小球的运动留出空间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种走球流量计，其特征在于，包括依次连接为一体结构的输入管道、待测管道、输出管道，设置于待测管道内的引导机构，在引导机构内滚动的小球，用于测量小球速度的第一光电门以及第二光电门，所述待测管道呈环状，所述输入管道和输出管道分别与所述待测管道的一端连接，所述输入管道和输出管道具有输入管道和输出管道重叠部分，两者连通，且连通处设置有用于小球通过的可控门，在输入管道和输出管道重叠部分输出管道在上、输入管道在下，所述第一光电门和第二光电门固定在待测管道本体两侧，且光信号通过管道的中心线。
2.根据权利要求1所述的走球流量计，其特征在于，所述引导机构包括三条导轨，所述三条导轨均匀分布在一个圆周上，相邻导轨之间夹角均为120度，所述导轨通过支撑杆与待测管道刚性连接，用来将导轨固定。
3.根据权利要求2所述的走球流量计，其特征在于，相邻导轨间的直线距离小于小球的直径，因而小球会被限制在导轨内运动，三条导轨圆心所在圆周的直径大于小球直径。
4.根据权利要求3所述的走球流量计，其特征在于，所述待测管道中的导轨环绕在管道中心线四周，与中心线构成同心圆。
5.根据权利要求1所述的走球流量计，其特征在于，所述待测管道与输入管道、输出管道的连接处为小球回流区，在此区域内，输出管道下侧开有小孔，输入管道上侧开有小孔，两小孔在竖直方向上完全重合，且小孔直径大于小球直径。
6.根据权利要求5所述的走球流量计，其特征在于，在所述小球回流区的两管道重合处，留有2mm间隙，安装有可控门。
7.根据权利要求5所述的走球流量计，其特征在于，所述小球回流区的导轨脱离中心线，经过一段在竖直平面的圆弧导轨段，形成竖直方向的导轨段，且此导轨段通向上述的小孔。
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